Controllo di processo avanzato per l'ottimizzazione della desolforazione dei gas di scarico

Le centrali elettriche alimentate a carbone possono migliorare significativamente l’abbattimento del calcare umido con un controllo avanzato del processo. Un sistema di ottimizzazione implementato presso una struttura giapponese ha utilizzato un controllo normativo avanzato, una previsione basata su modelli e una previsione del valore del processo per ridurre il carico interno, risparmiando 900.000 dollari all'anno.

Secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia, le centrali elettriche alimentate a carbone generano circa il 37% dell’elettricità mondiale, rendendole la più grande fonte di generazione di elettricità a livello mondiale. Rispetto ad altre fonti di produzione di energia, le centrali a carbone tendono ad avere emissioni più elevate, quindi è imperativo che i proprietari degli impianti utilizzino ogni mezzo possibile per ridurre questi potenziali inquinanti.

Un obiettivo primario da ridurre è lo zolfo, presente in varia misura in ogni tipo di carbone. Il modo più efficace per rimuovere lo zolfo dai gas di scarico è mediante il lavaggio del calcare a umido. Questo metodo è molto più efficiente rispetto ad alternative come l'assorbimento a spruzzo, i processi a letto fluido e l'iniezione a secco.

Grazie alla loro elevata efficienza e ad altri vantaggi, i sistemi di abbattimento del calcare a umido vengono utilizzati in migliaia di centrali elettriche a carbone in tutto il mondo. Ma molti dei sistemi utilizzati in questi impianti non sono ottimizzati per il funzionamento e quindi utilizzano energia e calcare in eccesso.

Questo articolo descriverà un metodo di controllo di processo avanzato ampiamente utilizzato per migliorare il funzionamento dei sistemi di lavaggio del calcare a umido, iniziando con una spiegazione del processo, quindi mostrando come ottimizzare questi sistemi utilizzando il controllo di processo avanzato.

La Figura 1 illustra un diagramma di flusso per un tipico processo di desolforazione dei gas di combustione (FGD) con lavaggio del calcare umido. L'anidride solforosa (SO2) contenuta nei gas di combustione viene assorbita da una sospensione di calcare spruzzata dal collettore nella parte superiore dell'assorbitore.

1. Diagramma di flusso dell'abbattimento del calcare. Il lavaggio del calcare a umido è il mezzo più efficiente per rimuovere la SO2 dai gas del camino scaricati nell'atmosfera. Per gentile concessione: Yokogawa

Questo impasto di calcare, una miscela di calcare e acqua, viene fornito dal serbatoio dell'impasto di calcare all'assorbitore. Il flusso del liquame è regolato dalla valvola di controllo del liquame, con pompe di ricircolo che spostano il liquame di calcare nel collettore. Queste pompe di ricircolo mantengono il flusso del liquame calcareo verso il collettore in modo da continuare a spruzzarlo nei fumi dalla parte superiore dell'assorbitore.

I gas di scarico della caldaia passano attraverso uno scambiatore di calore gas-gas per rimuovere il calore in eccesso. Quindi scorre nell'assorbitore nella direzione opposta allo spruzzo di impasto calcareo. Dopo che i fumi sono stati spruzzati con calcare umido, escono dall'assorbitore. Passa quindi attraverso lo scambiatore di calore gas-gas e viene infine scaricato nell'atmosfera attraverso il camino.

Nell'assorbitore, la SO2 contenuta nei fumi viene assorbita a causa della reazione chimica tra la SO2 e il liquame calcareo. La formula di reazione chimica per questo processo di desolforazione è:

CaCO3 + SO2 + 2 H2O +½ O2 => CaSO4 + 2 H2O + CO2

L'SO2 viene assorbito dal CaCO3 (calcare) riducendo così l'SO2 in uscita per mantenerlo inferiore ai limiti normativi. Il processo produce CaSO4 + 2 H2O (gesso) come sottoprodotto della reazione chimica nell'assorbitore, insieme a piccole quantità di anidride carbonica (CO2). Questo gesso ha un valore di mercato perché viene utilizzato come materia prima per additivi per cemento, cartongesso e altri prodotti.

In generale, questi sistemi di abbattimento del calcare a umido sono molto efficienti, ma spesso consumano energia in eccesso per il funzionamento delle pompe di ricircolo perché tutte le pompe sono in funzione durante il funzionamento, spesso inviando il calcare in eccesso all'assorbitore. Pertanto, gli obiettivi principali del sistema di ottimizzazione FGD descritto in questo articolo sono ridurre la quantità di energia necessaria per far funzionare queste pompe e ridurre il consumo di calcare.

Il sistema di ottimizzazione consente all'impianto di utilizzare il numero minimo di pompe necessarie per mantenere la SO2 in uscita inferiore ai limiti. Ciò riduce anche la quantità di liquame di calcare richiesto, ma il principale contributo al risparmio sui costi è la riduzione del consumo di energia rimuovendo una o più pompe di ricircolo dal servizio in base al valore di SO2 in ingresso.